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本教材依据最新版图学课程教学基本要求和相关制图标准编写，呼应目前制造业快速转型对图样表达的新需求，对工程制图课程的知识体系进行了重塑，将传统以二维表达为主线的单线内容体系，转变为二维表达与三维构型互为支撑的双线内容体系，为实现与行业接轨的现代设计与表达能力培养奠定基础。书中配套大量虚拟现实（VR）模型、知识点视频、知识图谱、思政模块等课程资源，并配套完备的线上平台资源，可供教师组织翻转课堂及学生自主学习使用。书中三维构型内容以构型方法和构型逻辑为主，充分考虑构型软件的普适性，所涉及的软件操作以辅助教学资料的形式呈现，读者可扫描书中二维码自主学习。本教材可作为高等学校制图课程的教材，亦可作为从事相关工作的人员的自学教材。

目录
绪论	1
一、本课程的性质	1
二、本课程的任务	1
三、本课程的内容	1
四、本课程的学习方法	2
第一章  构型与表达基础	3
第一节  基于运动的升维构型原理	3
一、点动成线	3
二、线动成面	3
三、面动成体	4
第二节  基于投影的降维表达原理	5
一、投影法	5
二、多面投影	7
三、点的投影	8
第三节  直线与平面的投影	9
一、直线的投影	9
二、平面的投影	12
第四节  平面图形的约束	15
一、尺寸约束	15
二、几何约束	19
三、平面图形的约束分析举例	20
第二章  基本体的构型与投影	22
第一节  立体构型的基本要素	22
第二节  平面立体的构型及投影	23
一、五棱柱的构型及投影	24
二、三棱锥的构型及投影	26
第三节  平面立体的截切	30
一、棱柱的截切	30
二、棱锥的截切	32
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第四节  曲面立体的构型及投影	34
一、圆柱的构型及投影	34
二、圆锥的构型及投影	36
三、球体的构型及投影	38
第五节  曲面立体的截切	39
一、圆柱的截切	40
二、圆锥的截切	41
三、球体的截切	43
第六节  两回转体表面相交	45
一、两个圆柱相交贯	45
二、同轴线回转面相交	46
第三章  组合体的构型与视图	48
第一节  组合体的构型	48
一、构型原理	48
二、基本型体的构型	49
三、组合体的构型分析	50
第二节  组合体的三视图	56
一、三视图的基本知识	56
二、画组合体的三视图	57
三、读组合体的三视图	65
第三节  组合体的尺寸标注	68
一、尺寸标注的要求（GB/T 4458.4—2003）	68
二、定形尺寸的标注	69
三、定位尺寸的标注	70
四、总体尺寸的标注	74
五、基本型体的尺寸标注方法	74
六、组合体的尺寸标注方法	75
第四节  组合体的构型设计	79
一、基于基本型体的组合体构型设计	79
二、组合体构型设计的基本类型	80
第四章  机件的表达方法	83
第一节  视图（GB/T 17451—1998）	83
一、基本视图（GB/T 14692—2008）	83
二、向视图（GB/T 14692—2008）	84
三、局部视图（GB/T 17451—1998）	85
四、斜视图（GB/T 17451—1998）	85
第二节  剖视图（GB/T 17452—1998、GB/T 4458.6—2002）	86
一、剖视图的概念与画法	86
二、剖视图的分类（GB/T 17452—1998）	89
三、剖切平面的种类（GB/T 17452—1998）	91
第三节  断面图（GB/T 17452—1998、GB/T 4458.6—2002）	94
一、移出断面图	95
二、重合断面图	96
第四节  简化画法及其他规定画法（GB/T 4458.1—2002、GB/T 16675.1—2012）	97
一、肋板的规定画法	97
二、均布结构的规定画法	97
三、局部放大图（GB/T 4458.1—2002）	98
四、简化画法（GB/T 16675.1—2012）	98
第五节  综合表达举例	101
一、斜支架的表达	101
二、箱体表达方案比较	102
三、座体表达方案比较	103
第六节  MBD中的图样表达与尺寸标注	105
一、MBD概述	105
二、MBD的图样表达	105
三、MBD的尺寸标注	107
第五章  标准件与常用件	110
第一节  螺纹及其规定画法和标注	110
一、螺纹的形成及要素	110
二、螺纹的规定画法（GB/T 4459.1—1995）	112
三、螺纹的标注	114
第二节  螺纹紧固件及其画法	116
一、螺纹紧固件的标记与画法 （GB/T 5782—2016、GB/T 6170—2015、GB/T 97.1—2002、
GB/T 97.2—2002）	116
二、螺纹紧固件连接画法	118
第三节  键、销及其连接画法	121
一、键连接及其画法(GB/T 1095—2003、GB/T 1096—2003)	121
二、销连接及其画法（GB/T 117—2000、GB/T 119.1—2000、GB/T 119.2—2000、
GB/T 91—2000）	123
第四节  齿轮及其画法	124
一、齿轮的基本参数和基本尺寸间的关系	125
二、齿轮的规定画法（GB/T 4459.2—2003）	126
第五节  滚动轴承与弹簧	128
一、滚动轴承的结构、画法及代号（GB/T 4459.7—2017、GB/T 276—2013、
GB/T 297—2015、GB/T 301—2015）	128
二、圆柱螺旋压缩弹簧的规定画法（GB/T 4459.4—2003）	129
第六章  零件图	132
第一节  零件图的内容	132
一、视图表达	133
二、尺寸标注	133
三、技术要求	133
四、标题栏	133
第二节  技术要求	133
一、表面结构及其标注（GB/T 131—2006、GB/T 1031—2009、GB/T 3505—2009）	134
二、公差与配合（极限与配合）（GB/T 1800.1—2020、GB/T 1800.2—2020）	139
三、几何公差——形状和位置公差（GB/T 1182—2018）	144
第三节  零件的构型分析与表达	146
一、零件的设计结构	146
二、零件的工艺结构及表达	147
第四节  零件图的绘制	149
一、零件图的视图选择	149
二、零件图的尺寸标注	149
三、零件图的绘制	152
第五节  读零件图	158
一、读零件图的基本方法和步骤	159
二、读图举例	159
第七章  装配图	162
第一节  装配图的内容	162
一、一组视图	162
二、必要尺寸	162
三、技术要求	163
四、零部件序号、明细栏与标题栏	163
第二节  装配图的表达方法	163
一、规定画法	163
二、特殊表达方法	164
第三节  装配图的尺寸标注	165
一、性能尺寸	165
二、装配尺寸	165
三、安装尺寸	166
四、总体尺寸	166
五、其他重要尺寸	166
第四节  零部件序号与明细栏	166
一、零部件序号	166
二、明细栏	167
第五节  装配工艺结构	168
一、两零件接触面	168
二、孔轴配合结构	168
三、便于拆装结构	168
四、密封装置	169
第六节  绘制装配图	169
一、确定表达方案	172
二、画图步骤	172
第七节  读装配图	176
一、读装配图的方法与步骤	176
二、由装配图拆画零件图	178
附录	181
附录A  制图基本规定	181
一、图纸幅面和格式（GB/T 14689—2008摘录）	181
二、比例（GB/T 14690—1993摘录）	182
三、标题栏和明细栏	183
四、字体（GB/T 14691—1993摘录）	184
五、图线（GB/T 17450—1998摘录）	185
附录B  螺纹	187
一、普通螺纹直径与螺距（GB/T 193—2003、GB/T 196—2003摘录）	187
二、梯形螺纹直径与螺距（GB/T 5796.2—2022、GB/T 5796.3—2022摘录）	188
三、55°非密封管螺纹尺寸代号及基本尺寸（GB/T 7307—2001摘录）	189
附录C 螺纹紧固件	190
一、六角头螺栓各部分尺寸（GB/T 5782—2016、GB/T 5783—2016摘录）	190
二、双头螺柱各部分尺寸（GB 897—1988、GB 898—1988、GB 899—1988、
GB 900—1988摘录）	191
三、开槽圆柱头螺钉各部分尺寸（GB/T 65—2016摘录）	191
四、开槽盘头螺钉各部分尺寸（GB/T 67—2016摘录）	192
五、开槽沉头螺钉各部分尺寸（GB/T 68—2016摘录）	193
六、紧定螺钉各部分尺寸（GB/T 71—2018和GB/T 73—2017摘录）	194
七、Ⅰ型六角螺母：A级和B级各部分尺寸（GB/T 6170—2015摘录）	194
八、平垫圈各部分尺寸（GB/T 97.1—2002、GB/T 97.2—2002摘录）	195
九、标准弹簧垫圈各部分尺寸（GB/T 93—1987摘录）	196
附录D  键和销	197
一、平键及键槽	197
二、圆柱销各部分尺寸（GB/T 119.1—2000、GB/T 119.2—2000摘录）	198
三、圆锥销各部分尺寸（GB/T 117—2000摘录）	199
附录E  滚动轴承	200
一、深沟球轴承各部分尺寸（GB/T 276—2013摘录）	200
二、圆锥滚子轴承各部分尺寸（GB/T 297—2015摘录）	201
三、推力球轴承各部分尺寸（GB/T 301—2015摘录）	202
附录F  极限与配合	204
一、公称尺寸至500mm的标准公差数值（GB/T 1800.1—2020摘录）	204
二、优先配合的选用及其应用范围（GB/T 1800.2—2020摘录）	205
三、常用配合中轴的公差带及极限偏差（GB/T 1800.2—2020摘录）	205
四、常用配合中孔的公差带及极限偏差（GB/T 1800.2—2020摘录）	208
参考文献	211

前言
终于，这本教材的编写于2024年的11月底落下帷幕，回想从此事的起念至今已有整整七载。记得七年前在一次全国教学会议上我跟几个旧友聊到在各学校的培养方案调整中制图课程都面临着不同程度缩减学时的情况，一开始大家都在抱怨这么短的学时教学内容肯定讲不完，突然我说了一句：“有没有可能是对于咱们讲的内容，学生、专业甚至行业都已经觉得没有必要了？”大家先是一愣，然后就像点燃了焰火一样，几乎每个参与讨论的同行都根据个人的经历谈了自己的观点，经过讨论，一个大致的结论基本成形——目前以投影为基础的二维图样表达与现代制造业升级和智能制造有些不太匹配了。自此，构架一套新的课程内容体系去适应现在甚至将来制造业对图形表达的需求成为我脑海中挥之不去的一个念头。
我深知，这一工作的开展和落地绝非一夕之功，亦非一人之力可为。在接下来的很长一段时间里，我想通过建立一个跨校甚至跨地区的团队去完成这样一项繁重的工作。在疫情居家期间，我对这项工作形成了初步的规划，然后基于自己的教学团队，成立了一个针对这本教材的工作小组，包括五名核心成员，并着手开始与全国图学领域中的很多教师和专家沟通此事。然而，在一次与西北工业大学的交流中，王淑侠教授给了我当头一棒，她说：“我们前几年也想做这件事情，而且作者团队都已组建，但是这本教材的编写与以往非常不同，需要增加大量的新内容，甚至很多章节的逻辑体系要重新架构，这就需要大家频繁交流，沟通成本实在太高，根本无法完成。”听完王淑侠教授的话，我想或许我低估了这项工作的难度，之后经过了数月的思考和对课程内容的梳理，我发现如果跨团队编写，上述困难确实很难克服。因此，2021年年底，我决定主要依靠我们教学团队自己的力量编写第一版的新教材，考虑本教材最大的特色可能是二维与三维逻辑线的互相支撑，我们进一步吸收了Solidworks软件公司的中国经销企业团队作为我们的软件支撑保障。为了尽量减少沟通成本和保障编写质量，我们制定了团队的运行规则：一是，不赶进度，抛去一切“评奖”“评职称”等功利性因素；二是，每个知识点都要经过集体讨论再确定是否纳入教材，内容可以参考其他教材但是不能“照抄”；三是，每周要开一上午的讨论会；四是，每个寒暑假至少花一周时间集体封闭编写教材。经过讨论和协调，我们的编写团队在开始工作之前做到了思想的高度统一与热情的空前高涨，这也成为在后来编写过程中我们跨越一个个障碍的重要基础。
经与学校教务部门协商，在接下来的几年时间里，编写团队的核心成员每周二上午都不排课，整个上午的时间我们都用来讨论，从每章主要内容是什么、知识点是什么、怎么呈现，再到具体哪个人负责哪些工作，进度要求是什么，针对每一个知识点去研讨、撰写、画图、修改、再研讨……我清楚地记得，大家为了一个知识点各抒己见，甚至争到面红耳赤的场景。寒来暑往，我们度过了一周又一周，寒暑假在会议室里一起讨论、分工合作，我想，这些点滴随着本教材编写工作的结束都成了我们美好而宝贵的回忆。
本教材在编写过程中一直在现代行业需求与目前大部分图学教师对新内容的接受度之间寻找平衡点，经过无数次推倒与重构，最终确定了课程新的内容体系，并贯穿以下几个特色。
（1）教学内容由传统二维表达（投影图表达）为主的单线模式，转变为兼顾二维表达与三维构型方法的双线模式。考虑目前大多数高校课时紧张的现状，通过“加-减-移-换”重构教学内容体系：首先是“加”，增加大量三维构型的原理、方法和案例，以形成三维构型的课程主线之一；其次是“减”，除了删去传统教材中关于“图解”等与图样表达弱相关的内容，还大量简化了投影的推理过程等内容；再次是“移”，根据新的内容架构对知识点进行重新排序，形成二维表达与三维构型相互支撑、相互助力的格局，实现两条主线的互相贯通；最后是“换”，将教材传统内容的案例进行替换和更新，增加大量带有实际工程背景和应用场景的内容与贯穿式案例。
（2）三维构型内容以构型方法和构型逻辑为主，充分考虑内容对软件的普适性，引导学生以构型软件作为空间思维能力培养的辅助工具，但构型内容本身高于软件操作。此外，在教材中用构型逻辑的视角重新解构二维表达，实现二维表达与构型能力的相互支撑。
（3）内容与案例以原创为主。由于整个教材的内容体系进行了大范围的更新与重构，所以目前已有教材中相关案例较少，本教材中70%以上的内容和案例为原创。
（4）多样化的富媒体资源。本教材中富媒体资源分为立体构型学习引导视频、知识点讲解视频、VR互动模型及思政贴士等类，用于拓展教材的内容广度，提升教材使用的参与感和体验感。
（5）贯穿式案例设计。与传统教材中每个知识点都是相互孤立的案例不同，本教材采用了前后贯通的案例设计方式，比如第三章的组合体构型案例来源于最后一章的装配体中的重要零件，这个零件在第三章中主要完成几何构型的设计与表达，而在第四章中需要完成对具有设计功能的结构细节的表达，以及综合表达，在第五章中需要加入螺纹等结构，在第六章中需要考虑零件的加工和测量过程中的技术要求等细节，在最后一章中需要完成它与其他零件的配合和功能实现。这种贯穿式的渐进案例设计，能够让学生在学习过程中更深刻地理解教材各章节内容的相互关系与各自的作用。
（6）渗透创新设计与思维训练。在教材中设置多处创新设计章节，以及“一题多解”和“多题一解”的内容，在培养学生空间思维能力的同时渗透创新意识的塑造。此外，每章还设置多处与本章内容相关联的传统文化、科技前沿、发展历程等内容，助力学生价值观的塑造。
本教材由张宗波、王珉整理定稿并担任主编，曹清园、陈福忠、牛文杰作为核心成员参加了本教材不同章节的编写、讨论、修改、绘图、审核及数字资源建设等工作，丛兆伟及其团队为本教材中的图片绘制工作提供了大力支持。除核心成员外，教学团队的刘衍聪、伊鹏、王伟、李静等成员也为本教材的编写做了大量贡献。
此外，大连理工大学王丹虹教授、天津大学姜杉教授、山东科技大学戚美教授等专家在本教材内容核定、审阅和编写过程中给予了大力支持，在此深表谢意。
由于团队水平所限，针对这样一本全新内容构架的工程制图教材，难免会在很多方面出现不当，敬请各位读者不吝指正！

                                                                    编  者
2024年11月27日夜

张宗波，教授，博士生导师，第三届全国高校教师教学创新大赛一等奖（教授组）获得者，首届中国图学学会教学名师。主持全国首批国家级线上线下混合式一流课程。

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现代工程制图（VR版） ——基于二维表达与三维构型